Koroze betonu a jak s ní bojovat? | Samonakládací autodomíchávač CARMIX

Bez ohledu na to, jak odolný je materiál, čas si vždy vybere svou daň.

Proto jsou betonové konstrukce, stejně jako všechny stavební materiály, postupně a nenávratně ničeny. Děje se tak nejen pod tlakem času, ale také vlivem mnoha faktorů.

“Koroze je příčinou až 90 % poškození železobetonových konstrukcí.”
– Uli Angst, profesor Institutu stavebních materiálů ve Švýcarsku.

Takové vnější a vnitřní vlivy na beton vedou ke zničení struktury vytvrzené směsi a ztrátě kvalitativních charakteristik: pevnosti, hustoty atd. Zjednodušeně řečeno vedou k koroze betonu.

Procesu se začalo říkat koroze kvůli téměř neustálému používání výztuže v betonových objektech. Tento pojem totiž sám o sobě patří spíše ke kovům než ke stavebním materiálům. Začali to tedy připisovat samotnému betonu.

Co je tedy třeba udělat, aby nedošlo ke zničení? Pojďme na to společně přijít!
Nejprve musíme zjistit důvody tohoto procesu.

Jak každý ví, beton se skládá pouze z několika základních složek. Je to cementový kámen, který pod vlivem agresivního prostředí podléhá korozi.

Proces koroze začíná v důsledku několika podmínek a vlastností, které určují rychlost destrukce betonové konstrukce:

• poréznost a vzlínavost
• škodlivé látky, které mohou přijít do styku s betonovou maltou
• odolnost betonu vůči škodlivým látkám

Betonová konstrukce má již před provozem zařízení a začátkem destrukce cementového kamene místa konstrukčních vad, kde s největší pravděpodobností začíná proces koroze.

Obvykle se takové vady dělí na:

Přítomno ve všech provedeních. Vznikají v důsledku přebytku vody, protože pro zvýšení zpracovatelnosti směsi se přidává o 20 % až 30 % více kapaliny, než je potřeba pro hydrataci.

Objevují se v důsledku procesu kontrakce nebo kontrakce během hydratace cementu.

• oblast nejmenšího kontaktu mezi cementem a kamenivem

Podobná vada se vyskytuje v místech, kde je ztluštělý vodní film na povrchu kameniva. Oblasti nejmenší adheze mezi cementovým kamenem a drceným kamenem se objevují kvůli nedostatku samotné cementové směsi v betonu během výroby a lití. V důsledku to vede k tvorbě trhlin v horní části konstrukce, netěsnostem a mikrotrhlinám pod zrny drceného kamene a výztuží.

Právě v místech defektů začíná koroze betonu, která souběžně s provozním zatížením zvyšuje napětí a urychluje destrukci konstrukce.

Koroze se dělí na několik typů podle faktorů ovlivňujících materiál:

• Chemické
• Fyzické
• Biologický
• Záření

Přesto stojí za zvážení, pokud mluvíme o důvodech ničení betonu, že existují ještě dva: technologický a lidský faktor.

Technologicky se rozumí jak kvalita betonové směsi, její výroba a lití, tak i konečná struktura.

Fráze „lidský faktor“ již mluví sama za sebe – je to souhrn všech nedostatků, chybných výpočtů a chyb zaměstnanců při návrhu, posouzení provozních podmínek zařízení a nesprávně zvolené receptuře betonu.

O výše uvedených třech typech koroze si ale povíme podrobněji.

Chemická koroze

Hlavními příčinami chemické koroze betonu jsou tyto látky:

• Slaná voda a podzemní voda obsahující kyseliny
• Alkalické prostředí
• Sírany

Chemická koroze betonových konstrukcí má své vlastní typy v závislosti na materiálu, který materiál ovlivňuje.

Koroze typu 1

Nebo, jak se tomu také říká, vyplavovací koroze. K destrukci betonu v tomto případě dochází vymýváním složek cementového kamene z konstrukce vodou – hydrosilikátem vápenatým.

Co se stane s betonem?

Vlivem rozpouštění látky v betonu dochází k narušení chemické rovnováhy mezi složkami betonu a kapalinou v pórech a makrodutinách, kterou jsme popsali výše.

V konečném důsledku koroze snižuje mechanickou pevnost konstrukce a postupně vede k destrukci.

Jedním z vnějších znaků je bílý povlak. Pokud si všimnete vzhledu plaku na povrchu betonu, proces vyluhování již začal.

Rychlost prvního typu procesu koroze je ovlivněna:

• hustota cementové směsi v betonu
• počet makrodutin a trhlin ve struktuře
• koncentrace solí ve vodě, která přichází do styku s betonovým předmětem

Důležitým faktorem je oblast, ve které je konstrukce provozována. Tato koroze se například nejčastěji vyskytuje v betonu hydraulických a podzemních zařízení, protože jsou pravidelně nebo neustále vystaveny vodě.

Koroze typu 2

Proces destrukce konstrukce u tohoto typu již není způsoben kontaktem s vodou a vyluhováním, ale ovlivňuje chemickou reakci různých látek a složek v betonu.

Pokud u prvního typu dochází k destrukci postupně v důsledku rozpouštění hydrokřemičitanu vápenatého, pak zde dochází ke korozi při kontaktu horních vrstev konstrukce s agresivním prostředím.

Při výměnné reakci, kdy stavební materiál interaguje s vnějšími látkami, dochází k destrukci povrchu konstrukce a tvorbě zbytkových produktů. Tyto sypké hmoty nemají žádné viskózní a pevnostní vlastnosti betonu samotného. Navíc se snadno vymývají a rozpouštějí ze struktury předmětu.

Jakmile se tedy zbytkový reakční produkt z betonu smyje, proces koroze pokračuje další vrstvou, dokud není struktura zcela zničena.

V tomto typu existují dva typy koroze materiálu:

Oxid uhličitý

Vzniká v důsledku interakce s vodou, která obsahuje velké procento oxidu uhličitého. V již ztvrdlém betonu se vytváří ochranný uhličitanový film, ale je to oxid uhličitý, který při vystavení materiálu rozpouští ochrannou uhličitanovou vrstvu a snižuje pevnost betonového předmětu.

Magnesian

Vyskytuje se při reakci s mořskými a podzemními vodami, protože obsahují vysoké procento hořečnatých solí. Reagují a snižují množství alkálií v pórové tekutině. Čím méně alkálií, tím více je narušena chemická rovnováha v betonu. A to již vede strukturu ke korozi typu 1, což zvyšuje rychlost destrukce.

Koroze typu 3

Destrukce v betonu způsobuje odpařování vody a krystalizaci solí v mikrodutinách a kapilárách betonu. Takové procesy způsobují, že se póry cementové pasty roztahují a tím vyvolávají tvorbu trhlin v betonové struktuře.

Stavební materiál je ovlivněn síranovou chemickou skupinou. Snižuje alkalitu betonu a podporuje rozpouštění stabilních hlinitanů vápenatých, které jsou pro beton důležité. Nakonec beton začne praskat a vrchní vrstvy se odlupují.

Zatímco betonové konstrukce korodují chemickou reakcí, ocelová výztuž v mnoha z těchto konstrukcí koroduje elektrochemickou reakcí.

Největší vliv na beton mají chemické procesy, které probíhají jak ve složení materiálu, tak mimo něj. Ale struktury se ničí nejen kvůli takovým reakcím. Takže pokračujme!

Fyzikální koroze

Příčina fyzické destrukce je vám všem známá – cykly zmrazování a rozmrazování struktury.

Kapalina ve ztvrdlém betonu nadále reaguje na povětrnostní podmínky. Při nízkých teplotách voda v pórech krystalizuje a expanduje a v horkém počasí se krystalická síť rozpadá. Ale objem z expanze zůstává a je naplněn vzduchem. Následně se začnou tvořit trhliny.

Nemovitosti, které jsou vystaveny náročným zimním podmínkám, proto vyžadují průběžné opravy a údržbu častěji než nemovitosti v oblastech s méně agresivním počasím.

Biologická koroze

K destrukci betonových konstrukcí dochází v důsledku přímé interakce a pronikání různých mikroorganismů: mechy, bakterie, houby atd. Existují však také organismy, které mohou poškodit objekt vzdálený od sebe.

Biologická koroze betonu se s největší pravděpodobností tvoří v oblastech lidské ekonomické činnosti. V takových oblastech obsahuje atmosféra velké množství vlhkosti.

Radiační koroze

Název mluví sám za sebe. Při vystavení záření se beton začne zhoršovat, protože krystalizovaná kapalina začne mizet ze struktury. Při stálém vystavení materiálu záření začnou krystalické látky zkapalňovat. V důsledku toho se děje totéž, co u fyzické koroze.

Ochrana proti korozi

Když jsme se dozvěděli o existujících typech koroze betonu, pomyslíme si: „Jak tedy může být struktura chráněna před zničením?

V některých ohledech je to téměř nemožné. Dříve nebo později bude původní stavba považována za nouzové bydlení, ze kterého budou všichni naléhavě přesídleni, pokud se ponoříme hlouběji do naší reality.

Existuje ale řada opatření, kromě včasné údržby a oprav konstrukcí, která mohou proces koroze oddálit nebo úplně odstranit.

Podle zavedeného stavu GOST č. 31384-2017 existují 3 stupně ochrany betonových a železobetonových konstrukcí před korozí:

• Primární
• Sekundární
• Zvláštní

Primární ochrana

Etapa přípravy, výběru a posouzení kvality komponentů a materiálů pro stavbu v konkrétním prostředí. Stejně jako dodržení dodatečných projektových a konstrukčních požadavků při navrhování betonových a železobetonových konstrukcí, včetně zajištění návrhové tloušťky ochranné vrstvy betonu a omezení šířky trhlin.

Hlavní ochranou proti korozi je přidání dalších látek, které oddálí destrukci betonové konstrukce. Použití různých přísad, které zvýší požadované kvalitativní vlastnosti. Volba závisí na agresivitě a podmínkách prostředí. Typicky používané látky jako:

• sulfátovo-drožďová kaše;
• mýdlo naft;
• organokřemičitá kapalina.

Sekundární ochrana

V této fázi by měla být zvážena další opatření poté, co byl betonový předmět nalit a vytvrzen, pokud primární ochrana nefunguje. Sekundární ochrana spočívá v nátěru různými látkami, které mohou působit proti a neutralizovat destruktivní chemické reakce.

Aby se zabránilo různým korozím, je horní vrstva konstrukce pokryta:

• barvy a laky včetně silnovrstvých nátěrů
• lepicí izolace
• nátěry a omítky
• opláštění kusovými nebo blokovými výrobky
• těsnící impregnace povrchové vrstvy konstrukcí chemicky odolnými materiály
• úprava povrchu betonu penetračními kompozicemi se zhutněním porézní struktury betonu s krystalizujícími novotvary
• ošetření vodoodpudivými sloučeninami
• ošetření speciálními přípravky – biocidy, antiseptiky a podobnými látkami

Zvláštní ochrana

Speciálními opatřeními jsou různé fyzikální a chemické metody, které sníží agresivní vliv prostředí na beton. Patří sem:

• opatření k zamezení kondenzace vlhkosti a snížení koncentrace agresivních látek
• organizace odpadních vod, odvodnění, elektrochemická ochrana

Hodnocení koroze

Ale nelze vyloučit možnost koroze. Odhalit korozi v počátečních fázích je extrémně obtížné, protože uvnitř ní probíhá mnoho procesů, které ničí beton. Pojďme se tedy podívat na normy pro kontrolu koroze a posuzování.

Za různých podmínek prostředí (od neagresivních až po vysoce agresivní) má beton přijatelnou míru destrukce.

Přípustná hloubka (cm) destrukce betonu

Stupeň agresivity prostředí

železobeton

Neagresivní

Mírně agresivní

Středně agresivní

Vysoce agresivní

Takové vady u kvalitních betonových konstrukcí, které nejsou ovlivněny korozí, se mohou objevit až za 50 let provozu. V případech, kdy destrukce překročí tyto ukazatele, je struktura předmětem opravy nebo rekonstrukce a také naznačuje, že uvnitř materiálu probíhá proces koroze.

Aby nedošlo ke spuštění a odhalení koroze stavebních materiálů a destruktivních chemických reakcí, jsou vzorky z betonové konstrukce odeslány do laboratoře k výzkumu. Odběr vzorků betonu je klíčovým procesem při posuzování stavu železobetonových konstrukcí.

Typická velikost vzorků odebraných z betonových konstrukcí pro laboratorní zkoušky se pohybuje od 5 do 20 centimetrů. Nedávné studie ukázaly, že zatímco vzorky této velikosti jsou ideální pro laboratorní práci, často vykazují vyšší koncentrace korozivního chloridu než vzorky větší.

Přesné posouzení stavu železobetonu samozřejmě dávají pouze vzorky větší než metr. Práce s nimi je však mnohem méně praktická, takže správné testování je obtížnější a dražší. Nemluvě o stupni poškození betonové konstrukce.

Existují ale i jiné, modernější metody posuzování koroze. Jak budovy stárnou a beton se zhoršuje, inženýři nadále hledají levnější a účinnější způsoby testování koroze.

Nové kontrolní metody a technologie mohou pomoci zajistit přesnější výsledky a snížit náklady spojené s jinými metodami detekce koroze.

Jen v roce 2017 byly na trh uvedeny dva systémy, jeden namontovaný na malý smykem řízený úkol a druhý namontovaný na vozíku, který lze táhnout po vozovce.

Oba tyto systémy detekce koroze využívají technologii strojového učení a k dosažení výsledků nevyžadují žádný lidský zásah.

Systém namontovaný na robotu využívá radarové a elektrické odporové senzory pronikající do země k detekci známek zkorodované oceli nebo poničeného betonu v mostech a konstrukcích.

Na základě výzkumu katedry stavebního inženýrství na University of Nebraska v Lincolnu vyvinuli vědci systém pro detekci defektů betonových mostovek.

Systém včasného varování před korozí v mostech je založen na akustických vlastnostech. Tato metoda se ukázala jako přesnější alternativa k jiným testům. Technologie detekuje delaminaci betonu, která může ovlivnit strukturální integritu mostu nebo konstrukce a může být také způsobena korozí výztuže. Systém také poskytuje mnohem rychlejší výsledky než konvenční testovací metody, což lidem umožňuje rychle detekovat delaminaci a provést nezbytné opravy dříve, než bude poškození příliš rozsáhlé.

Zabránění korozi je možné pouze pečlivou kontrolou kvality celého procesu od výroby betonu až po ochranná opatření, jakož i včasnou údržbou konstrukce a sledováním výskytu koroze.